Vorklassische Umweltzerstörung des Petén-Itzá-Sees in Guatemala durch die frühen Maya von Nixtun

Nov 25, 2023

Communications Earth & Environment Band 4, Artikelnummer: 59 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Paläolimnologische Beweise deuten darauf hin, dass die alten Maya terrestrische Ökosysteme veränderten, indem sie Waldvegetation abholzten, um große bürgerliche Zeremonienzentren zu errichten und die Landwirtschaft auszuweiten. Menschliche Siedlungen beeinflussten die Seeumgebung, aber die Auswirkungen der Maya-Aktivitäten auf aquatische Ökosysteme sind nach wie vor kaum untersucht. Hier analysierten wir einen Sedimentkern aus dem Petén-Itzá-See in Guatemala, um auf Veränderungen der Paläoumwelt zu schließen, die aus der Besetzung der archäologischen Stätte Nixtun-Ch'ich' durch Maya resultierten. Erhöhte Konzentrationen von Holzkohle und fäkalem Stanol deuten darauf hin, dass die Candelaria-Halbinsel in der späten Frühvorklassik von Maya besetzt wurde. Geochemische Proxys zeigen eine Periode der Veränderung des Seeökosystems während des Baus und der Erweiterung des städtischen Netzes der Stadt in der mittleren und späten Vorklassik. Die Entvölkerung der Stadt im Terminal Preclassic führte zu einem Rückgang des trophischen Zustands des Sees. Während frühere Studien an Petén-Gewässern auf eine verminderte Primärproduktion in Seen hindeuteten, zeigt der Bohrkern, der in der Nähe von Nixtun-Ch'ich' gesammelt wurde, Hinweise auf eine Verschlechterung des Ökosystems der alten Maya-Seen.

Paläolimnologische Studien haben die Auswirkungen der Aktivitäten der alten Maya auf die terrestrischen Tieflandumgebungen im Osten Mexikos, Guatemalas und Belizes dokumentiert, insbesondere durch weit verbreitete Abholzung der Wälder zur Urbanisierung und landwirtschaftlichen Entwicklung1,2,3,4,5,6,7,8. Landrodungen führten zu einer raschen Bodenerosion und Verschlammung von Gewässern, was sich in dicken Ablagerungen von anorganischem Kolluvium, manchmal auch als „Maya-Ton“ bezeichnet, niederschlug, die sich während der Vorklassik (ca. 900 v. Chr.–200 n. Chr.; im Folgenden v. Chr., n. Chr.) ansammelten Klassische archäologische Perioden der Maya (200–950 n. Chr.)1,6,7,9,10. Die Besetzung durch die alten Maya war auch mit Perioden hoher Feuerhäufigkeit verbunden, was wahrscheinlich auf den frühen Einsatz von Brandrodungstechniken (Swidden) in der Landwirtschaft zurückzuführen ist11. Die Bedeutung großflächiger Landveränderungen der antiken Maya während der vorklassischen und klassischen Zeit hat einige Forscher auch dazu veranlasst, ein regionales „Frühes Anthropozän“ oder „Mayazän“ vorzuschlagen, ca. 1000 v. Chr.–1000 n. Chr.12,13,14. Diese Studien konzentrieren sich jedoch in erster Linie auf Beweise für umfangreiche, vom Menschen verursachte Landveränderungen und haben die Reaktionen des Seeökosystems auf anthropogene Störungen während dieser Zeit übersehen.

Es ist zu erwarten, dass weitreichende Änderungen der Landbedeckung den trophischen Status und die aquatischen Ökosysteme lokaler Seen durch eine erhöhte Nährstoffbelastung und daraus resultierende Veränderungen in der Zusammensetzung der Wassergemeinschaften beeinflusst haben. Trotz des Vorhandenseins archäologisch dokumentierter, dichter Maya-Populationen rund um die Seen im zentralen Departement Petén im Norden Guatemalas15 konnten paläolimnologische Studien bisher keine Hinweise auf großflächige Veränderungen des Seeökosystems infolge der Maya-Aktivitäten liefern. Es wurde vermutet, dass es zu einer starken Verschlammung von Gewässern infolge der Landrodung, einer begrenzten Lichteindringung und der Adsorption gelöster Nährstoffe kommt, wodurch die Primärproduktion von Seewasser unterdrückt wird16,17. Angesichts der jüngsten Zunahme des trophischen Zustands und der hohen aquatischen Makrophytenvielfalt und -häufigkeit in guatemaltekischen Seen, die mit einem schnellen Bevölkerungswachstum im 20. Jahrhundert einhergehen (z. B. Petén-Itzá-See18,19,20 und Izabal-See21), scheint es jedoch wahrscheinlich, dass die Etablierung von Alte urbane Zentren der Maya in der Nähe von Gewässern hätten auch den ökologischen Zustand des Sees beeinflusst, wie im Maya-Hochland beobachtet wurde22. Trotz dieser Diskrepanz zwischen beobachteten, modernen Veränderungen des Seeökosystems und früheren Rückschlüssen auf Veränderungen während der Besetzung des Wassereinzugsgebiets durch die Tiefland-Maya gibt es keine Multi-Proxy-Sedimentkerndatensätze, die dieses Problem untersuchen.

Hier führen wir eine umfassende paläolimnologische Multi-Proxy-Untersuchung an einem mit Radiokarbon datierten Sedimentkern aus dem Petén-Itzá-See in Guatemala durch. Der Bohrkern wurde am westlichen Arm des Sees gesammelt, der an eine archäologische Stätte der Maya im südlichen Tiefland namens Nixtun-Ch'ich' grenzt (Abb. 1). Stratigraphische Schwankungen in mehreren geochemischen Proxys für organisches Material offenbaren eine bisher nicht dokumentierte Periode aquatischer Ökosystemveränderungen während der Maya-Besatzung in Nixtun-Ch'ich' und liefern weitere Beweise für anthropogene Umweltauswirkungen im Maya-Tiefland. Der Beginn der Veränderungen im Wasserökosystem fällt mit der frühen Besiedlung der Stätte durch die Maya und Veränderungen in der Landnutzungspraxis zusammen, was darauf hindeutet, dass langanhaltende und räumlich konzentrierte Aktivitäten des Menschen in der Antike einen tiefgreifenden Einfluss auf diesen flachen Arm des Sees hatten. Während in anderen Petén-Seen die durch die Maya verursachte massive Verschlammung möglicherweise die Produktivität des Sees unterdrückt hat, hat die Pflasterung der gitterförmigen Uferstadt Nixtun-Ch'ich'23,24,25 wahrscheinlich den nährstoffbeladenen Abfluss aus dem städtischen Zentrum erhöht, was die Primärproduktivität angekurbelt hat das relativ flache und hydrologisch isolierte südliche Becken des Petén-Itzá-Sees. Ein starker Rückgang der lithogenen Elemente an der Spitze der Störungszone im Kern PI-NC-1 deutet auf eine abrupte Verringerung oder Einstellung menschlicher Bautätigkeiten am Ende der späten vorklassischen Periode8 hin, und das Seeökosystem erlebte eine relativ schnelle, aber unvollständige Entwicklung , Erholung nach teilweiser Entvölkerung der Stadt während der Terminal Preclassic. Die Sedimentaufzeichnung aus dem Petén-Itzá-See ermöglichte es uns, die Ursachen und den Zeitpunkt der Veränderungen des Seeökosystems während der alten Maya-Besatzung zu untersuchen und die Reaktion des Sees auf sich ändernde, vom Menschen verursachte Einzugsgebietsbedingungen über Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrhunderten zu untersuchen.

Eine Karte der Region der Halbinsel Yucatán in Mittelamerika, wobei die Lage der zentralen Petén-Seenregion durch das kleine rote Rechteck im Norden Guatemalas angezeigt wird. B Karte des Petén-Itzá-Sees mit der Lage der Candelaria-Halbinsel am westlichen Ende des Sees, auf der sich die archäologische Stätte Nixtun-Ch'ich' befindet. C Karte von Nixtun-Ch'ich', die die einzigartige Gitterstruktur der Stadt und den Ort zeigt, an dem der Sedimentkern des Sees gesammelt wurde (modifiziert nach Rice und Pugh23).

Der Petén-Itzá-See ist der größte (~100 km2) und tiefste (165 m) von acht geschlossenen Gewässern in der zentralen Petén-Seenregion im Norden Guatemalas (Abb. 1). Der See erstreckt sich über zwei miteinander verbundene Becken, die sich in Karstsenken in marinen Kalksteinen der Oberkreide bis zum Tertiär und Paläozän-Eozän gebildet haben26,27. Das größere, tiefere nördliche Becken des Sees wird am Nordufer durch die steile Wand einer Ost-West-Normalverwerfung begrenzt26,28, und das südliche Becken weist eine sanft abfallende Bathymetrie mit Wassertiefen von weniger als 20 m29 auf.

Der 515 cm lange Sedimentkern (PI-NC-1) wurde im Juli 2018 in 8,4 m Wassertiefe ca. 200 m südlich (16°56'36” N, 89°55'56” W) des Frühstadiums gesammelt Maya-Ausgrabungsstätte Nixtun-Ch'ich' im schmalen westlichen Arm (7 km lang × 250–450 m breit) des südlichen Beckens des Sees (Abb. 1). Nixtun-Ch'ich' enthält einen städtischen Kern mit einer Fläche von 1,1 km2 und wird durch eine Achse urbis23 zentriert. Die Stadt verfügt außerdem über ein einzigartiges, modulares, städtisches Rastersystem, das aus sieben Nord-Süd-„Alleen“ besteht, die sich mit sechs Ost-West-„Straßen“ kreuzen und eine Fläche von 2,5 km abdecken30,2,25]. Dieses System annähernd orthogonaler Korridore, ergänzt durch Kanäle in Gebieten, in denen es bei Regenfällen wahrscheinlich zu starkem Abfluss kam, erleichterte die Entwässerung des Standorts24. Die Sedimentkernstelle liegt flussabwärts undbathymetrisch abfallend von zwei der wichtigsten von Norden nach Süden verlaufenden Alleen (G und H) der archäologischen Stätte, die neben wichtigen Bauwerken in Nixtun-Ch'ich' verlaufen und wahrscheinlich als Schwerpunkte für die Lieferung dienten gelöstes und suspendiertes Material im Abfluss zu diesem Seearm (Abb. 1).

Nixtun-Ch'ich' war ein langlebiges bürgerliches Zeremonienzentrum, das erstmals in der späten oder letzten frühvorklassischen Zeit (vor 900/800 v. Chr.) bewohnt wurde, wie aus verstreuten kleinen Keramikfragmenten hervorgeht31. Die geschichtete Besetzung und der Bau begannen in der mittleren Vorklassik (ca. 900/800–500/400 v. Chr.) und wurden bis in die Spätvorklassik aufrechterhalten. Archäologische Ausgrabungen datieren die erste Ansiedlung des atypischen städtischen Rasters der Stätte auf die stark besiedelte mittlere vorklassische Zeit (ca. 800–500 v. Chr.), als es sich um eine Primatenstadt handelte (d. h. auf der obersten Ebene eines Primatensiedlungssystems23,25,30). ). Primatenstädte haben typischerweise eine unverhältnismäßig größere Größe (räumlich und demografisch) und eine stärkere funktionale Zentralisierung als nahe gelegene sekundäre Zentren/Satelliten (z. B. in diesem Fall Tayasal, T'up und Sacpuy 123). Der umfangreiche Bau von Nixtun-Ch'ich' dauerte bis in die späte vorklassische Zeit31 und endete um 100 n. Chr. Die Einstellung der Bebauung und/oder die teilweise Entvölkerung des Geländes8 fällt mit einem vorgeschlagenen „späten präklassischen Zusammenbruch“ zusammen, der in anderen Zentren im südlichen Maya-Tiefland festgestellt wurde32. Danach blieb die Besetzung des Ortes während der klassischen und postklassischen Zeit und über die spanische Eroberung (1697 n. Chr.33) hinaus bis in die Kolonialzeit31,34 bestehen.

Moderne Störungen durch Mensch und Vieh im Einzugsgebiet des Petén-Itzá-Sees werden mit einem erhöhten trophischen Zustand18,19 und aquatischen Unkrautarten (z. B. Eleocharis interstincta, Najas guadalupensis, Vallisneria americana, Potamogeton illinoensis und Eichornia crassipes) in Verbindung gebracht, insbesondere in der Nähe von Abwasser und Abwassereinleitungen mit erhöhter Nährstoffbelastung20. Diese Wasserunkräuter tolerieren extreme Störungsbedingungen und sind im Gewässer weit verbreitet20. Der Petén-Itzá-See verfügt über eine hohe Artenvielfalt an Wasserpflanzen mit 28 identifizierten Arten von Wasserpflanzen (9 unter Wasser, 13 auftauchend und 6 schwimmend20), darunter sowohl einheimische Arten (z. B. Typha domingensis und Cladium jamaicensis) als auch eingeführte Wasserunkrautarten (z. B. Eichornia). Crassipes und Pistia stratiotes), die Wildtieren Schutz bieten, zur Stabilisierung der Nährstoffeinleitungen beitragen und eine Verschlechterung des Gewässers verhindern20.

Wir haben das von Obrist-Farner und Rice8 verwendete Alters-Tiefen-Modell des Sedimentkerns PI-NC-1 modifiziert, indem wir sechs zusätzliche Radiokarbondaten einbezogen haben (Ergänzungsdaten 1 und Abbildungen S1, S2). Das Bayes'sche Radiokarbon-Alterstiefenmodell (Methoden) legt nahe, dass der 515 cm lange Kern die letzten ca. 7000 Jahre erfasst. Wir haben den Kern anhand der physikalischen Eigenschaften des Sediments (Farbe, Textur, Korngröße) in vier Sedimentzonen unterteilt. Hier präsentieren wir Daten von 313 bis 58 cm Kerntiefe aus den ersten drei Zonen des Kerns. Unter Berücksichtigung der mit unserem Alterstiefenmodell verbundenen Unsicherheiten umfassen diese drei Zonen den Zeitraum von ca. Chr. (95 %-Bereich 2255–1870 v. Chr.) bis 1490 n. Chr. (95 %-Bereich 1365–1610 n. Chr.), wobei die größte Unsicherheit mit der Mitte von Zone 2 verbunden ist (mittlere Unsicherheit von ± 300 Jahren), wo sich datierbares Material im Kern befand abwesend. Zunächst präsentieren wir Daten aus dem oberen Teil der Zone 1, die sich über einen Zeitraum von ca. Chr. (95 % Bereich 890–470 v. Chr.), der aus grauen, dicht geschichteten bis sehr dünn geschichteten, karbonatreichen Schlufftonen mit unterschiedlichen Mengen an Schneckenschalen besteht (Abb. 2, 3). Dann konzentrieren wir uns speziell auf das Intervall zwischen 209 cm (710 v. Chr.) und 164 cm (280 n. Chr.; 95 % Bereich 45 v. Chr.–560 n. Chr.), das charakteristische Sedimenteigenschaften aufweist. Dieses Sedimentintervall (Zone 2) verwandelt sich in einen dunkelbraungrauen, massiven, karbonatreichen Ton mit sehr spärlichen organischen Ablagerungen und Schneckenschalenfragmenten (Abb. 2, 3). Zone 2 ist zeitgleich mit der „Maya-Ton“-Einheit, die in Sedimentkernen aus mehreren Seen im südlichen Maya-Tiefland beobachtet wurde1,6,9. Zone 3 erstreckt sich von ca. 280 n. Chr. bis 1490 n. Chr. (95 % Bereich 1360–1610 n. Chr.) und besteht aus hellbraunen, sehr dünnschichtigen, organischen und karbonatreichen schluffigen Tonen mit unterschiedlichen Mengen an Schneckenschalenfragmenten (Abb. 2, 3).

Gesamter organischer Kohlenstoff, Gesamtstickstoff, Gesamt-n-Alkan-Häufigkeit, C/N-Massenverhältnis, stickstoff- und kohlenstoffstabile Isotope der organischen Masse und verbindungsspezifische kohlenstoffstabile Isotope für mittel- und langkettige n-Alkane, aufgetragen gegen Zeit und die entsprechenden archäologischen Perioden. Datumsunsicherheiten aus unserem Alters-Tiefen-Modell an den Grenzen von Zone 2 (schwarze gestrichelte Linien) werden mit Box- und Whisker-Plots dargestellt, in denen die gewichteten Mittel durch rote Kästchen und die 95 %-Bereiche durch Whiskers dargestellt werden.

Titanhäufigkeit (ausgedrückt in Zählimpulsen pro Sekunde [cps]), magnetische Suszeptibilität (ausgedrückt im internationalen Einheitensystem [SI]), Holzkohlehäufigkeit und Coprostanol + Epicoprostanol, aufgetragen gegen Zeit und Ereignisse in Nixtun-Ch'ich'. Die Konzentrationen von Coprostanol + Epicoprostanol werden auf TOC normalisiert. Datumsunsicherheiten aus unserem Alters-Tiefen-Modell an den Grenzen von Zone 2 (schwarze gestrichelte Linien) werden mit Box- und Whisker-Plots dargestellt, in denen die gewichteten Mittel durch rote Kästchen und die 95 %-Bereiche durch Whiskers dargestellt werden.

Geochemische Daten in Zone 1 weisen relativ konstante Werte von etwa 2050 bis 710 v. Chr. auf, was ziemlich stabile Seebedingungen vor der Störung vor erheblicher anthropogener Aktivität in der Nähe des Kernstandorts darstellt. Der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) und der gesamte Stickstoff (TN) blieben mit Durchschnittswerten von 2,8 ± 0,6 Gew.-% bzw. 0,2 ± 0,03 Gew.-% relativ konstant (Abb. 2). Die Gesamthäufigkeit von n-Alkanen (gesättigter Kohlenwasserstoff), die einen Bruchteil der organischen Substanz (OM) aus Blattwachs von Gefäßpflanzen widerspiegelt, war relativ konstant und betrug durchschnittlich 1,8 ± 0,4 µg/g (Abb. 2). Die TOC/TN-Massenverhältnisse (d. h. C/N-Verhältnisse) waren ebenfalls relativ konstant und lagen im Durchschnitt bei 13,5 ± 1,1 (Abb. 2), was auf einen gemischten OM-Eintrag sowohl von Seealgen als auch von Land- und Wasserpflanzen hindeutet (Abb. S3 und Ergänzung). Daten 2). Die stabilen Stickstoff- und Kohlenstoffisotopenwerte organischer Massensubstanz (δ15Norg und δ13Corg) lagen im Durchschnitt bei 2,7 ± 0,4‰ bzw. −25,0 ± 0,7‰ (Abb. 2). Der mittlere Kohlenstoff-Stabilisotopenwert zeigt an, dass Sediment-OM hauptsächlich aus Seealgen und C3-Land- und Wasserpflanzen stammt35,36 (Abb. S3). Das verbindungsspezifische δ13C von n-Alkanen betrug im Durchschnitt −27,5 ± 0,2‰, −30,0 ± 0,6‰, −29,6 ± 0,8‰, −30,2 ± 0,7‰, −30,0 ± 1,0‰, −29,1 ± 1,0‰ und −28,8 ± 0,8 ‰ für C23, C25, C27, C29, C31, C33 bzw. C35 (Abb. 2). Diese Werte deuten darauf hin, dass abgeschiedene mittel- bis langkettige n-Alkane hauptsächlich aus C3-Pflanzenwachsen stammen35,36.

Am Boden der Zone 1, zwischen etwa 2050 und 1070 v. Chr., liegt der Anteil der Holzkohle im Durchschnitt bei 359 ± 80 Partikeln/cm3 (Abb. 3), was wahrscheinlich auf das Auftreten sowohl natürlicher als auch anthropogener Brände in der Gegend zurückzuführen ist. Am oberen Ende der Zone 1 (ca. 1070 bis ca. 710 v. Chr.) steigt die Holzkohlemenge schlagartig an und liegt im Durchschnitt bei 573 ± 308 Partikeln/cm3 (Abb. 3). Holzkohle erreichte ein Maximum von 1.476 Partikeln/cm3 bei ca. 1070 v. Chr. (95 %-Bereich 1220–945 v. Chr.), mit einem weiteren Anstieg auf 1062 Partikel/cm3 bei ca. 890 v. Chr. (95 %-Bereich 990–815 v. Chr.). Überdurchschnittlich hohe Holzkohlevorkommen von ca. 1070 bis ca. 710 v. Chr. deuten auf eine hohe lokale Feueraktivität hin, was wahrscheinlich auf Brandrodung in der Landwirtschaft und die Brandrodung der Candelaria-Halbinsel durch die frühen Maya vor dem Bau von Nixtun-Ch'ich zurückzuführen ist '.

Die fäkalen Stanol-/Sterolkonzentrationen (Abb. 3), ausgedrückt in µg pro Gramm (g) organischem Kohlenstoff (OC), blieben in den ersten ca. 3000–3750 Jahren der Sedimentaufzeichnung konstant niedrig und stellen wahrscheinlich den natürlichen (Hintergrund/ Tierwelt) Fäkalieneintrag in den See (Ergänzende Daten 3). Wir konzentrieren unsere Analyse hauptsächlich auf Coprostanol + Epicoprostanol (Copro+Epicopro), da dies das fäkale Stanol ist, das für menschliche Populationen am diagnostischsten ist37,38 und mit einer Einzugsgebietspopulation in modernen Seesedimenten aus dem Maya-Tiefland39 korreliert. Cholesterin, Cholestanol und Stigmastanol liefern unterstützende Daten für unsere Analyse (Ergänzende Anmerkungen und Abb. S4). Die Copro + Epicopro-Werte schwankten stark und lagen vor etwa 1900 v. Chr. im Durchschnitt bei 25,8 ± 17,5 µg/g OC (Abb. 3 und ergänzende Daten 3), mit einem etwas höheren Durchschnitt von 28,5 ± 20,2 µg/g OC nach etwa 1900 v Zone 1. Schwankungen dieser organischen Moleküle nach etwa 1900 v. Chr. deuten wahrscheinlich auf eine frühe, spärliche menschliche Besiedlung des Gebiets hin, das später zum städtischen Zentrum von Nixtun-Ch'ich' wurde. Unsere Ergebnisse ähneln denen von Ref. 39, die beispielsweise die Anwesenheit von Menschen im Einzugsgebiet der Laguna Itzán vor archäologischen Beweisen für dauerhafte Siedlungen in der Gegend belegen.

Zone 2 zeigt deutliche Veränderungen in allen geochemischen Variablen. Sowohl TOC als auch TN nahmen ab und lagen im Durchschnitt bei 1,4 ± 0,4 Gew.-% bzw. 0,1 ± 0,03 Gew.-% (Abb. 2). Diese Werte betragen etwa die Hälfte derjenigen in Zone 1, was entweder auf eine geringere Primärproduktivität aufgrund einer verringerten Nährstoffverfügbarkeit40 oder auf eine Verdünnung organischer Substanz durch verstärkte klastische Sedimentation2,41,42 hinweist. Die gesamte n-Alkan-Häufigkeit folgte dem beim TOC beobachteten Trend und war mit durchschnittlich 0,6 ± 0,3 µg/g relativ niedrig (Abb. 2), was wahrscheinlich auf die Verdünnung organischer Stoffe innerhalb der Maya-Toneinheit zurückzuführen ist. Die C/N-Verhältnisse nahmen allmählich ab, bis sie von ca. Chr. bis 200 n. Chr. (Abb. 2), was auf einen größeren relativen Beitrag von Seealgen35 (Abb. S3), aquatischen Makrophyten36,43,44 und/oder stickstoffreichem Boden OM45,46 zum Sediment-OM schließen lässt. Gleichzeitig stiegen die Werte für δ15Norg und δ13Corg allmählich an, bis sie Höchstwerte von 6,0 ± 0,1 bzw. −23,1 ± 0,3‰ erreichten, die von ca. Chr. bis 200 n. Chr. (Abb. 2), was auf eine erhöhte Primärproduktivität35,45,47 und einen aquatischen Makrophytenreichtum48 hinweist. n-Alkan δ13C für C23, C25, C27, C33 und C35 stieg allmählich (ähnlich wie δ13Corg) auf Höchstwerte von –25,1‰, –26,8‰, –26,6‰, –27,6‰ und –27,0‰ ca. 200 n. Chr. (Abb. 2), was vermutlich Isotopenveränderungen in der Flachwasser-Wasservegetation als Folge von Veränderungen in der Paläoproduktivität widerspiegelt43,44. δ13C der n-Alkane C29 und C31 blieb relativ konstant und variierte weniger als das anderer n-Alkan-Homologe und lag im Durchschnitt bei −30,5 ± 0,3‰ bzw. −29,7 ± 0,4‰ (Abb. 2), was auf eine vorwiegend terrestrische Quelle schließen lässt49,50 . Auch die Holzkohlekonzentration war mit durchschnittlich 62 ± 49 Partikeln/cm3 niedrig (Abb. 3), was wahrscheinlich auf die geringere Brandhäufigkeit infolge früherer Landrodung und Urbanisierung der Halbinsel zurückzuführen ist. Obwohl sehr unterschiedlich, waren die Copro+Epicopro-Werte in Zone 2 insgesamt erhöht und lagen im Durchschnitt bei 41,6 ± 17,9 µg/g OC (Abb. 3), was auf einen allgemein erhöhten und anhaltenden menschlichen Fäkalienabfluss in den See im Vergleich zu Zone 1 hinweist. Die beobachteten Veränderungen Die Bedingungen in Seen fallen zeitgleich mit starker städtischer Bebauung und dichter Besiedlung in Nixtun-Ch'ich'8,23,31, was darauf hindeutet, dass Bodenstörungen durch Bebauung und frühere Landwirtschaft in Verbindung mit nährstoffbeladenem städtischem Abfluss die Lieferung von Sedimenten und Nährstoffen beschleunigten trug zur allmählichen Verschlechterung der Wasserqualität im flachen Westarm des Petén-Itzá-Sees von etwa 710 v. Chr. bis 280 n. Chr. bei.

Der Übergang von Zone 2 zu Zone 3 ist durch schnelle Änderungen aller geochemischen Variablen gekennzeichnet. In der gesamten Zone 3 stiegen TOC und TN allmählich an, mit Durchschnittswerten von 3,6 ± 1,2 Gew.-% bzw. 0,3 ± 0,1 Gew.-% (Abb. 2). Die Gesamt-n-Alkan-Häufigkeit stieg ebenfalls an und folgte dem Trend des TOC auf durchschnittlich 2,4 ± 0,7 µg/g (Abb. 2). Die C/N-Verhältnisse waren höher als in Zone 2 und blieben im Durchschnitt relativ konstant bei 12,4 ± 0,6 (Abb. 2), was darauf hindeutet, dass das Sediment-OM aus einer Mischung von Seealgen sowie Wasser- und Landpflanzen bestand35,36,43 (Abb. S3). ). Stabile Isotopenwerte verschoben sich zu negativeren Werten, wobei δ15Norg und δ13Corg durchschnittlich 2,8 ± 0,7‰ bzw. −24,9 ± 0,7‰ betrugen (Abb. 2). n-Alkan δ13C für C23, C25, C27, C33 und C35 wurde ebenfalls isotopenärmer (ähnlich wie δ13Corg) und betrug durchschnittlich −27,0 ± 1,2‰, −28,9 ± 0,7‰, −29,5 ± 0,7‰, −30,9 ± 0,9‰ bzw. −31,8 ± 0,7 ‰ (Abb. 2). n-Alkan δ13C für C29 und C31 betrug jedoch durchschnittlich −29,8 ± 0,8‰ bzw. −30,2 ± 0,9‰, vergleichbar mit den in Zone 2 beobachteten Werten (Abb. 2). Die Holzkohlekonzentrationen in Zone 3 blieben niedrig und ähnelten mit durchschnittlich 63 ± 24 Partikeln/cm3 denen in Zone 2 (Abb. 3), was auf eine anhaltend geringe lokale Brandaktivität nach dem Bau der Stadt hinweist. Eine geringere fäkale Kontamination des Menschen wird durch niedrige Copro+Epicopro-Werte in Zone 3 gestützt, die durchschnittlich 28,0 ± 11,1 µg/g OC betragen, was dem in Zone 1 nach etwa 1900 v. Chr. beobachteten Durchschnitt entspricht (Abb. 3). Variationen in diesen organischen Molekülen nach etwa 280 n. Chr. deuten auf eine verringerte menschliche Bevölkerung in der Region hin, was archäologische Beweise für eine spärliche Maya-Besiedlung auf der Candelaria-Halbinsel nach dem Endpräklassizismus stützt.

Unsere Daten belegen eine Periode erheblicher, vom Menschen verursachter Störungen im südwestlichen Petén-Itzá-See zwischen ca. 710 v. Chr. und 280 n. Chr. Archäologische Funde deuten auf ein beträchtliches Bevölkerungswachstum in Nixtun-Ch'ich' während der mittleren Vorklassik (900/800–400/300 v. Chr.) hin31, was mit unseren paläolimnologischen Beweisen für eine Verschlechterung der Umweltbedingungen im westlichen Arm des Sees zusammenfällt. Wir gehen davon aus, dass im älteren Teil unserer Sedimentaufzeichnungen, vor der Zeit archäologisch dokumentierter menschlicher Störungen, relativ unberührte (oligotrophe) und stabile See- und Umweltbedingungen herrschen. Gegen Ende des frühen Vorklassizismus wurden nur geringfügige Veränderungen im Ökosystem des Sees festgestellt, als die Veränderungen der Landbedeckung der frühen Maya etwa 1500 begannen. Chr., mehrere hundert Jahre vor der Errichtung des städtischen Netzes des Standorts von etwa 800 bis 500 v. Chr.8,25,30. Zunehmender Holzkohlereichtum ab ca. In der Zeit zwischen 1070 und 710 v. Chr. wird eine größere Anzahl von Brandereignissen im Einzugsgebiet des Westarms des Sees verzeichnet und markiert den ersten von Menschen verursachten Brand an diesem Ort, was darauf hindeutet, dass die alten Maya-Bauern auf der Candelaria-Halbinsel und in den umliegenden Gebieten gut etabliert waren bis zum Ende der frühen Vorklassik. Das zeitliche Zusammentreffen der erhöhten Holzkohlehäufigkeit im Kern PI-NC-1 (Abb. 3) mit dem ersten Auftreten von Maispollen (Zea mays) im nördlichen Becken des Petén-Itzá-Sees (ca. 1050 v. Chr.) weist auf die frühe Nutzung von Schweidelandwirtschaft hin Praktiken der Maya-Bevölkerung rund um den See und möglicherweise der frühen Maya, die in der späten frühvorklassischen Zeit (vor 1000/900 v. Chr.) die Plattform ZZ1 am östlichen Ende der Halbinsel errichteten34. Mueller et al10. berichteten auch über einen Anstieg des Pollens störender Taxa (Asteraceae, Ambrosia und Chenopodiaceae) von etwa 1050 v. Chr. bis 950 n. Chr. im Petén-Itzá-See, was stützende Beweise für die Landrodung der Maya ab der späten frühen Vorklassik liefert. Darüber hinaus zeigen unsere fäkalen Stanoldaten, insbesondere höhere durchschnittliche Copro+Epicopro-Konzentrationen (Abb. 3 und S4), zusammen mit einem frühen Anstieg der magnetischen Suszeptibilität des Sediments um ca. 1330 v. Chr. (95 % Bereich 1445–1190 v. Chr.) (Abb. 3) stützen eine Schlussfolgerung auf eine frühe, aber wahrscheinlich spärliche Maya-Besiedlung am Standort Nixtun-Ch'ich' während der späten Vorklassik, beginnend um 1330 v. Chr. 1400–1300 v. Chr. In ähnlicher Weise wurden hohe fäkale Stanolkonzentrationen auch an anderen frühen Maya-Stätten im Petén-Tiefland gemeldet, bevor Hinweise auf eine Stadtentwicklung vorlagen39.

Mehrere deutliche Veränderungen im Sediment beginnen ca. 710 v. Chr., während der Urbanisierung von Nixtun-Ch'ich'. Sedimentologische Veränderungen deuten auf eine rasche Veränderung der See- und Einzugsgebietsbedingungen hin, die zur Ablagerung einer relativ dünnen Maya-Toneinheit an diesem Standort während des größten Teils der mittleren und späten Vorklassik (ca. 800 v. Chr.–200 n. Chr.) führte. Paläolimnologische Studien in mehreren kleineren zentralen Petén-Seen legten nahe, dass Waldrodung und Städtebau zu einer raschen Bodenerosion und Verschlammung von Gewässern führten, was in einigen Fällen zur Ablagerung von Maya-Toneinheiten mit einer Dicke von mehreren Metern führte1,9,17. Im östlichen Arm des südlichen Beckens des Petén-Itzá-Sees erschien der Maya-Ton, der sich über etwa 1700 Jahre erstreckte, jedoch nicht als offensichtliche, eindeutige Einheit und konnte nur anhand geochemischer und magnetischer Suszeptibilitätsaufzeichnungen identifiziert werden3, was die Ablagerung von Maya-Ton belegte heterogen über die Petén-Seen hinweg. In unserem Kern aus dem westlichen Arm des südlichen Beckens des Sees ist der Maya-Ton etwa 0,5 m dick und überdauert nach dem städtischen Raster von Nixtun-Ch'ich nur etwa 1000 Jahre ohne einen leichten Rückgang der Sedimentakkumulationsraten (Abb. S2). ' wurde errichtet. Höhere Ti-Häufigkeit und eine Zunahme der magnetischen Suszeptibilität ab ca. Chr. (Abb. 3) spiegeln wahrscheinlich eher stark lokalisierte Erosionssignale wider, die durch menschliche Aktivitäten in Nixtun-Ch'ich' verursacht wurden (z. B. Netzaufbau und -wartung8), und nicht weitreichendere Veränderungen im Seeeinzugsgebiet (z. B. Abholzung).

Der Beginn eines allmählichen Anstiegs von δ15Norg und δ13Corg bei gleichzeitigem allmählichem Rückgang des C/N-Verhältnisses fiel mit einem abrupten Anstieg der lokalen Feueraktivität um ca. 1070 v. Chr., wie aus den Kohleaufzeichnungen hervorgeht (Abb. 2, 3). Örtliche Brände im Zusammenhang mit ausgedehnten landwirtschaftlichen Praktiken führten wahrscheinlich zu Bodenerosionsimpulsen (und daraus resultierender Sedimentablagerung im See), die zu größeren Nährstofffrachten in den Wasserkörper führten und dadurch die Umweltbedingungen des Sees veränderten. Beispielsweise sind höhere Werte für Titan und magnetische Suszeptibilität ca. Chr. (Abb. 3) sowie die Zunahme mehrerer Detritalelemente8 (Abb. S5 und ergänzende Daten 3) korrespondieren mit Holzkohlenachweisen für große Brandereignisse, die auch den Beginn ausgeprägterer Veränderungen in den Bestandteilen organischer Materie markieren (Abb. 2). Als mit dem Bau des Stadtnetzes in Nixtun-Ch'ich' ca. begonnen wurde. Chr.23,25, steigende Werte von δ13Corg und δ15Norg, begleitet von ähnlich steigenden δ13C-Werten für mittelkettige n-Alkane (C25 und C27) und sinkenden C/N-Verhältnissen (Abb. 2), deuten wahrscheinlich auf größere Beiträge aquatischer ( Algen und/oder Makrophyten) OM zum Sediment35,36,43,44,48. Diese Bedingungen wurden während der späten vorklassischen Maya-Besiedlung aufrechterhalten, was darauf hindeutet, dass die kulturelle Eutrophierung und/oder Ausbreitung von Makrophytengemeinschaften im Flachwasser neben Nixtun-Ch'ich' während der mittleren und späten Vorklassik zunahm. Die synchrone Anreicherung stabiler Kohlenstoff- und Stickstoffisotope lässt ebenfalls auf eine Veränderung des Seeökosystems schließen. Anfänglich nutzen aquatische Primärproduzenten bevorzugt die leichteren Kohlenstoff- (12C) und Stickstoffisotope (14N) während der Photosynthese bzw. Proteinsynthese. Da diese Reservoire jedoch zunehmend erschöpft sind, sind Algen und Makrophyten gezwungen, die schwereren Isotope (13C und 15N) einzubauen. und somit isotopenangereichert werden35,43,45,47.

Die Häufigkeit kurzkettiger (C17–C21) n-Alkane, die im Allgemeinen von Wasseralgen und Mikroben produziert werden, war im Kern-PI-NC-1 gering (Abb. S6), was möglicherweise auf niedrige Primärproduktionsraten im See hinweist . Dies wurde jedoch auch während einer 85.000 Jahre dauernden Sedimentaufzeichnung im Petén-Itzá-See52 beobachtet, was darauf hindeutet, dass kurzkettige Alkane möglicherweise nicht in großen Mengen produziert werden oder im See nicht gut konserviert sind. Die Alkanhäufigkeit wird stattdessen von langkettigen (C29–C35) n-Alkanen dominiert (Abb. S6), die allgemein als dominante terrestrische Quelle angesehen werden49. Darüber hinaus produzieren mehrere aufkommende Makrophyten (z. B. Eichornia crassipes, Phragmites australis), die entlang der modernen Küste des Petén-Itzá-Sees20 vorkommen, ebenfalls große Mengen langkettiger n-Alkane50,53 und trugen möglicherweise zur Vorherrschaft langkettiger n-Alkane bei Kern PI-NC-1 im Laufe der Zeit (Abb. S6). Mehrere Arten von Wasserpflanzen, die große Mengen an mittelkettigen n-Alkanen C23, C25 und C27 enthalten (z. B. Chara, Utricularia foliosa44,54), kommen auch entlang der modernen Küste des Petén-Itzá-Sees20 vor und dominieren wahrscheinlich die Isotopenveränderungen Homologe in der Mittelkette, die im Kern-PI-NC-1 beobachtet wurden (Abb. 2). Eine ähnliche 13C-Anreicherung der langkettigen n-Alkane C33 und C35 mit den mittelkettigen n-Alkanen C25 und C27 (Abb. 2) könnte auch durch das Vorhandensein von Wasserpflanzen beeinflusst worden sein, die sowohl von mittel- als auch von langkettigen Homologen dominiert werden. wie Cladium jamaicense (eine Wassersegge) und Potamogeton (ein untergetauchter Makrophyt) im See20,44,50. Die ausgeprägte 13C-Anreicherung der mittelkettigen n-Alkane C25 und C27 (und wahrscheinlich der langkettigen n-Alkane C33 und C35) während der mittleren und späten Vorklassik stützt unsere Theorie der Ausbreitung von Makrophytengemeinschaften im Flachwasser im westlichen Arm von Petén-Itzá-See (d. h. Ausbreitung aquatischer Unkrautarten), die auf den verstärkten Eintrag von klastischem Material, nährstoffreichem Abfluss und menschlichem Abfall aus Nixtun-Ch'ich' zurückzuführen ist.

Es gibt jedoch mögliche alternative Erklärungen für die stratigraphischen Verschiebungen, die einige geochemische Proxies zeigen. Erstens kann ein Anstieg der verbindungsspezifischen δ13C- und δ13Corg-Werte auch auf einen größeren relativen Beitrag der C4-Vegetation (Mais und andere tropische Gräser) gegenüber der C3-Vegetation (Holzbäume und Sträucher) zum Sediment-OM hinweisen10,55,56. Die C/N-Verhältnisse im Kern-PI-NC-1 stimmen jedoch nicht mit denen der C4-Vegetation (Abb. S3, Zusatzdaten 2) und Mais (δ13Corg = –12‰57) überein, und die Ähnlichkeit zwischen δ13Corg- und δ13C-Werten für Mitte -kettige n-Alkane C25 und C27 (Abb. S7) legen nahe, dass die Isotopenbeobachtungen hauptsächlich von Wasserpflanzen (dh Makrophyten) verursacht werden, die n-Alkane in der mittleren Kette produzieren35,36,43,44,48. Bemerkenswert ist die fehlende 13C-Anreicherung der n-Alkane C29 und C31, die in den meisten Landpflanzen die dominanten n-Alkane sind und in Mais vorkommen (dominante n-Alkane sind C25 – C31, wobei C27 und C29 am häufigsten vorkommen). Mengen57,58), legt nahe, dass C4-Pflanzen zu diesem Zeitpunkt nicht wesentlich zur Erklärung der beobachteten Anreicherung von δ13Corg beitrugen. Darüber hinaus korrelieren Änderungen in δ13Corg nicht mit dem anfänglichen Waldrückgang, der ca. einsetzt. 2550 v. Chr.10 oder abrupter Anstieg des Pollens durch Störtaxa ca. 1050 v. Chr. 10 oder Holzkohle ca. Chr., was wahrscheinlich auf frühe Maisanbaupraktiken in der Nähe des Petén-Itzá-Sees zurückzuführen ist. Dies deutet darauf hin, dass die beobachtete allmähliche Anreicherung von δ13Corg nicht auf Vegetationsveränderungen im Einzugsgebiet zurückzuführen ist. Zweitens, angesichts einer vermuteten Verringerung der terrestrischen Ufervegetation im Einzugsgebiet nach ca. Um 710 v. Chr. hätte ein verringerter terrestrischer OM-Eintrag in den See den relativen Anteil von lakustrinem OM in den Sedimenten erhöhen können, selbst bei konstanter Primärproduktivität von lakustrinen und aquatischen Makrophyten, was zu einem falschen Eutrophierungssignal geführt hätte. Wenn dies jedoch der Fall wäre, würden die Verschiebungen bei den OM-Proxys wahrscheinlich während der klassischen Periode anhalten, bis sich der Wald etwa 150 Jahre erholt. 900–1200 n. Chr.2,59. Drittens könnte ein erhöhter Fäkalieneintrag auch zu einem Anstieg von δ15Norg35,45 führen, was einem höheren durchschnittlichen Copro+Epicopro-Gehalt in den Seesedimenten entspricht, obwohl in Zone 1 auch menschliche Fäkaleinträge auftraten, ohne dass Änderungen bei δ15Norg beobachtet wurden (Abb. 2, 3). . Viertens könnten Schwankungen des C/N-Verhältnisses und des δ13Corg Schwankungen des Seespiegels aufzeigen, wobei höhere C/N- und δ13Corg-Werte auf einen flacheren See mit einem größeren Beitrag terrestrischer und von Makrophyten stammender organischer Substanz zum Sediment hinweisen60. Innerhalb von Zone 2 nehmen die C/N-Werte jedoch ab und δ13Corg steigt an, was darauf hindeutet, dass die geochemischen Schwankungen nicht mit Schwankungen des Seespiegels zusammenhängen. Schließlich könnten sinkende C/N-Verhältnisse mit einem entsprechenden Anstieg von δ15Norg auch durch eine stärkere Zufuhr von stickstoffreichem und 15N-angereichertem Boden-OM in den See45,46 als Folge der durch Brände und Bautätigkeiten verursachten Bodenerosion erklärt werden Einzugsgebiet.

Eine allmähliche, aber synchrone Anreicherung von δ15Norg und δ13Corg mit einem entsprechenden Rückgang des C/N-Verhältnisses und einem damit einhergehenden Anstieg der δ13C-Werte für mittelkettige n-Alkane (C25 und C27; Abb. 2) lässt jedoch auf eine fortschreitende Umwelt schließen Veränderung, die am einfachsten durch die Verschlechterung der Umweltbedingungen und die Ausbreitung aquatischer Makrophyten im See erklärt wird. Die allmählichen Änderungen der OM-Massenmessungen (δ15Norg, δ13Corg und C/N-Verhältnisse) stehen im Widerspruch zum abrupten Einsetzen beider erhöhter Feueraktivität ca. Chr. und verstärkte klastische Sedimentation im Zusammenhang mit der Errichtung des Stadtnetzes ca. 710 v. Chr.8. Dies deutet eher auf eine fortschreitende Änderung der Seebedingungen als auf eine Verschiebung der Quelle des terrestrischen OM-Eintrags (dh terrestrische Vegetation, organische Bodensubstanz) in den See hin. Darüber hinaus wird unsere Interpretation einer erhöhten Wasserpflanzenproduktivität durch Ähnlichkeiten in den Proxys für organisches Material aus Zone 2 mit neueren Daten gestützt, als der See bekanntermaßen eine Eutrophierung begleitet von einer Makrophytenexpansion erfahren hat (18, 19, 20) (Abb. S8).

Die Bedingungen maximaler Seestörungen, die aus einem Anstieg der verbindungsspezifischen Werte δ13C, δ13Corg, δ15Norg und einem Rückgang der C/N-Verhältnisse abgeleitet werden, scheinen etwa 350 Jahre, von etwa 150 v. Chr. bis 200 n. Chr., gedauert zu haben und fielen mit der dichten städtischen Besiedlung zusammen in Nixtun-Ch'ich' und die Erweiterung mehrerer monumentaler Bauwerke im späten Vorklassizismus30. Die Veränderung des Ökosystems im Westarm des Sees wurde wahrscheinlich in erster Linie durch den Ausfluss von Bodenphosphor in den See verursacht, zunächst aufgrund der Entfernung der Landvegetation, die zuvor den Boden im Einzugsgebiet verankert hatte, und des Einsatzes von Brandrodungsmethoden in der Landwirtschaft. und dann als Folge von Baumaßnahmen in der Stadt und erhöhtem Abfluss über die Straßen25. Nährstoffbelastung durch von der Halbinsel stammendes Fäkalienmaterial, erkennbar an einer hohen durchschnittlichen Copro+Epicopro-Konzentration (Abb. 3), der höchsten Cholestanolkonzentration ca. Chr. (95 % Bereich 565 v. Chr.–85 n. Chr.) und erhöhte Stigmastanolkonzentrationen im späten Vorklassikum (Abb. S4) könnten auch die Primärproduktivität im See angekurbelt haben. Zusätzliche Nährstoffeinträge aus menschlichen Abfällen, die sich in vorklassischen Ritualhaufen in Nixtun-Ch'ich' ansammelten, könnten zur Veränderung des Seeökosystems während der späten Vorklassik beigetragen haben, waren aber wahrscheinlich kein dominierender Faktor.

Frühere Studien zu Petén-Seen ergaben keine Hinweise auf eine durch die Maya verursachte Verschlechterung der aquatischen ökologischen Bedingungen. Mehrere Faktoren könnten die Veränderung des aquatischen Ökosystems an unserem Untersuchungsstandort begünstigt haben: (1) Flachwassertiefen (8,4 m Wassertiefe an der Bohrstelle und im Allgemeinen weniger als 10 m in der Gegend) im westlichen Arm des Petén-Itzá-Sees, was hohe Wassertiefen ermöglicht Konzentrationen von Nährstoffen in der Wassersäule; (2) schlechter hydrologischer Wasseraustausch zwischen dem schmalen Westarm und dem Rest des Sees (dh lange Verweilzeit des Wassers und begrenzte Nährstoffverdünnung); (3) die Nähe von Nixtun-Ch'ich' zum Seeufer, was die Ableitung nährstoffhaltiger Abflüsse aus der Stadt in den See förderte; (4) Gestaltung der Straßen, Alleen und Kanäle in Nixtun-Ch'ich', die mit Gips- und/oder Kalksteinplatten gepflastert waren23,24,25 und wahrscheinlich eine beschleunigte Zuführung von nährstoffreichem Abfluss zum Westarm des Sees ; und (5) minimales Vorhandensein von terrestrischer Ufervegetation zur Verankerung von Oberflächenböden, was durch geringe Vorkommen von Holzkohle ab der mittleren Vorklassik deutlich wird. Die Abholzung von Wassereinzugsgebieten wird auch von Ref. unterstützt. 11, die eine Verschiebung auf eine geringe Feueraktivität um ca. zurückführten. 450 v. Chr. auf eine frühere, vom Menschen verursachte Waldreduzierung und die daraus resultierende Graslandausweitung zurück. In unserem Sedimentkern, der in der Nähe von Nixtun-Ch'ich' gesammelt wurde, sind niedrige Holzkohlewerte nach ca. 710 v. Chr. jedoch wahrscheinlich das Ergebnis der Urbanisierung (d. h. starke Bebauung und Besetzung von Nixtun-Ch'ich'), die den lokalen Wald begrenzt hätte Erholung und verbesserte Nährstoffversorgung während der dichten vorklassischen Besiedlung der Stadt. Landrodung und Urbanisierung beschränkten die Brennstoffverfügbarkeit für Brände und die Holzkohleproduktion und markierten auf der Candelaria-Halbinsel eine vom Menschen verursachte Verschiebung von einem lokalen Feuerregime mit hoher zu einer niedrigen Schwere.

Unsere Sediment-Proxy-Rekonstruktionen werfen in Verbindung mit Informationen aus archäologischen Ausgrabungen Licht auf die Umweltauswirkungen der alten Maya-Besiedlung auf die ökologischen Bedingungen des Sees. Archäologische Ausgrabungen in Nixtun-Ch'ich' zeigen kaum Hinweise auf eine frühklassische Besiedlung (250–600 n. Chr.)25, was auf einen Bevölkerungsrückgang in der Stadt während der letzten Vorklassik (ca. 100–250 n. Chr.) hindeutet. Archäologische Untersuchungen haben auch Hinweise auf Veränderungen in den Fischereipraktiken der Maya in Nixtun-Ch'ich' während der Terminal Preclassic61 gefunden, die darauf hindeuten, dass die Maya kleinere Fische fingen und auf veränderte ökologische Bedingungen im See hinweisen. Der Bevölkerungsrückgang und die mögliche teilweise oder vorübergehende späte bis endgültige Aufgabe der Stadt vor der Klassik gehen mit einer Verbesserung der Bedingungen im See nach etwa 280 n. Chr. einher (95 %-Bereich 45 v. Chr.–560 n. Chr.). Schnelle Rückkehr von C/N, δ13Corg und δ15Norg zu Werten, die denen im unteren Teil der Aufzeichnung ähneln (Abb. 2), kombiniert mit der statistischen Ähnlichkeit sowohl der δ13Corg- als auch der C/N-Verhältnisse in den Zonen 1 und 3 (Abb. 4) deuten darauf hin, dass sich der westliche Arm des Petén-Itzá-Sees erholte und um ca. 300 v. Chr. stabile limnologische Bedingungen erreichte. 400 n. Chr. (95 % Bereich 90–640 n. Chr.). Allerdings lagen die C/N-Verhältnisse in Zone 3 zwischen den Zonen 1 und 2 (Abb. 4), was darauf hindeutet, dass das Ausmaß der Erholung begrenzt war und nicht vollständig in den Zustand vor der Störung zurückkehrte. Dennoch kam es nach der Einstellung der Bautätigkeit und der starken menschlichen Besiedlung zu einer teilweisen Erholung. Konsistente geochemische Messungen nach ca. 400 n. Chr., kombiniert mit anhaltend geringer Holzkohlehäufigkeit und stabiler magnetischer Stabilität und Detritalelementhäufigkeiten (Abb. 3 und S7), deuten auf eine geringere Maya-Störung und eine geringere Bodenerosion hin, möglicherweise eine Folge der Verputzung der Korridore der Stadt während der Mittelvorklassik25. Die Besetzung von Nixtun-Ch'ich' und seiner Umgebung während der klassischen und postklassischen Zeit62 durch verstreute, kleine Siedlungen (von Chak'an Itzas während der Postklassik63) könnte zur begrenzten Erholung des westlichen Arms des Petén-Itzá-Sees beigetragen haben. Schwankungen des Stigmastanols (Abb. S4) und niedrige Copro+Epicopro-Konzentrationen (Abb. 3) deuten auf gelegentliche Impulse von Pflanzenfressern37,64 und menschlichem Fäkalienmaterial in den See hin, möglicherweise als Folge der Anwesenheit von Menschen in Nixtun-Ch'ich' während des Sees Klassische und postklassische Perioden. Niedrige Copro+Epicopro-Konzentrationen während der meisten klassischen und postklassischen Perioden deuten auch darauf hin, dass die späteren Populationen im Vergleich zu den vorklassischen Populationen durchweg klein waren und dass die geringe Besetzung von Nixtun-Ch'ich' durch die Maya eine vollständige Wiederherstellung des Sees zu den Bedingungen vor der Störung verhinderte , nach fast 1000 Jahren Umweltzerstörung.

C/N-Massenverhältnisse des Petén-Itzá-Sees und δ13Corg nach Zone. Kreuze geben zwei Standardabweichungsbereiche (2σ) an.

Im Juli 2018 haben wir zwei Sedimentkerne aus dem Petén-Itzá-See in der Nähe der Maya-Stätte Nixtun-Ch'ich' im südlichen Tiefland gesammelt. Hier berichten wir über die Ergebnisse eines der Kerne (PI-NC-1) und erweitern die Ergebnisse von Obrist-Farner und Rice8.

Der 515 cm lange Sedimentkern (PI-NC-1) wurde etwa 200 m südlich der Maya-Ausgrabungsstätte Nixtun-Ch'ich' (16°56'36'' N, 89°55'56'' W) gesammelt. , im schmalen westlichen Arm (7 km lang und 250–450 m breit) des südlichen Beckens des Sees (Abb. 1). Der Standort liegt abfallend zu den Avenues G und H in der Stadt (Abb. 1), die neben großen Bauwerken in Nixtun-Ch'ich' verlaufen und Abflüsse vom Standort in den See leiteten. Der Kern wurde in 8,4 m Wassertiefe von einer Holzplattform gesammelt, die auf zwei Lanchas (motorisierten Kanus) montiert war. Der 72-cm-Kern der Schlamm-Wasser-Grenzfläche (MWI) wurde mit einem modifizierten Kolbenkernbohrer entnommen, der darauf ausgelegt war, ungestörte MWI-Sedimente zu erhalten65. Die unverfestigten MWI-Sedimente wurden im Feld vertikal extrudiert, in Abständen von 2,0 cm geschnitten und in beschriftete Whirl-PakTM-Beutel gegeben. Anschließend wurden sechs aufeinanderfolgende Kernabschnitte in einer Tiefe von 50 bis 515 cm mit einem modifizierten Kolbenkernbohrer vom Livingstone-Typ gesammelt, der für die Sammlung tieferer, konsolidierter Ablagerungen konzipiert war. Diese Kernabschnitte wurden in beschrifteten Polycarbonatröhren aufbewahrt, die in Plastik eingewickelt waren. Nach der Entnahme wurde das Kernmaterial zur weiteren Analyse ins Labor transportiert.

Wir haben das bestehende Alterstiefenmodell für den PI-NC-1-Kern verfeinert, das von Ref. vorgestellt wurde. 8 und verwendete sechs Radiokarbondaten. In dieser Studie wurden sechs zusätzliche Proben terrestrischer Holzkohle verwendet (Ergänzungsdaten 1). Drei der neuen Holzkohleproben waren nicht in der stratigraphischen Reihenfolge und wurden verworfen. Für die Radiokohlenstoffanalyse wurden alle Holzkohleproben mit entionisiertem Wasser über einem 125-μm-Sieb gewaschen, um anhaftendes Sediment zu entfernen, in Aluminiumfolie eingewickelt und an das Center for Accelerator Mass Spectrometry am Lawrence Livermore National Laboratory geschickt. Wir haben ein neues Alterstiefenmodell (Abb. S1, S2) erstellt, indem wir die mit IntCal2067 kalibrierte Bayes'sche Software Bacon (rbacon-Paket in R66) und das Datum der Sammlung des Kerns (2018) angewendet haben. Alle Daten stammten aus terrestrischem Holz (Holzkohle), um mögliche Auswirkungen des „Hard-Water-Lake-Fehlers“ zu vermeiden, der die Datierung von organischem Massenmaterial in dieser Kalkstein-Grundgesteinsregion verfälschen könnte3. Wir berichten über mittlere Datumsschätzungen aus dem Alters-Tiefen-Modell, um den Zeitpunkt der im Kern erkannten Veränderungen zu charakterisieren. Der Zeitpunkt der Entstehung des Maya-Tons wird durch ein Radiokarbonalter von 9 cm unter und 21 cm über den massiven Ablagerungen begrenzt, was zu einer Sedimentationsrate von ~0,15 cm/Jahr führt (Abb. S2). Mehrere frühere Untersuchungen im Petén-Itzá-See3,5,7,11 berichten auch über eine ähnliche Sedimentationsrate während der vorklassischen und klassischen Maya-Zeit, basierend auf Radiokarbon-Alterstiefenmodellen, was unsere Bayes'schen Modellierungsergebnisse unterstützt.

Proben für geochemische Analysen wurden in Abständen von 5 cm entlang der Länge des Kerns von 313 bis 53 cm Tiefe entnommen. Proben aus den obersten 50 cm des MWI-Kerns wurden in Abständen von 4 oder 6 cm entnommen. Die Proben wurden 15 Stunden lang bei 60 °C im Ofen getrocknet, mit einem Keramikmörser und Pistill zu einem feinen Pulver gemahlen und in beschriftete 20-ml-Szintillationsfläschchen gegeben. Gesamtkohlenstoff (TC) und Gesamtstickstoff (TN) wurden mit einem Carlo Erba NA 1500 CNS-Elementaranalysator gemessen. Der gesamte anorganische Kohlenstoff (TIC) wurde durch coulometrische Titration unter Verwendung eines AutoMateTM-Ansäuerungsvorbereitungsgeräts in Verbindung mit einem UICTM 5017 CO2-Coulometer bestimmt. Der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) wurde als TC minus TIC berechnet. TOC/TN-Massenverhältnisse (d. h. C/N-Verhältnisse) wurden berechnet, indem TOC (Gew.-%) durch TN (Gew.-%) dividiert wurde. Proben für die Analyse stabiler Kohlenstoffisotope (δ13Corg) wurden mit 1 N HCl behandelt, um Carbonat zu entfernen, und dann mit destilliertem Wasser gewaschen, um Chlorid zu entfernen. Proben für die Stickstoffisotopenanalyse (δ15Norg) von organischem Massenmaterial wurden nicht angesäuert. Die Proben wurden in Zinnkapseln geladen und in einem automatischen Karussell mit 50 Positionen auf einem Elementaranalysator Carlo Erba NA 1500 platziert. Nach der Verbrennung bei 1020 °C wurden die Gase in einem Heliumstrom durch eine Conflo II-Schnittstelle zu einem Thermo Electron Delta V Advantage-Isotopenverhältnis-Massenspektrometer (IRMS) transportiert, um die stabilen Kohlenstoff- und Stickstoffisotopenzusammensetzungen organischer Massen zu messen. Die Ergebnisse der Kohlenstoffisotope werden in Promille (‰) in der Standard-Delta-Notation relativ zu Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB) ausgedrückt. Die Ergebnisse der Stickstoffisotope werden als Abweichung pro Mil (‰) vom atmosphärischen Stickstoff (AIR, δ15Norg = 0) ausgedrückt. Wir haben auch den Mittelwert und die 2 Standardabweichungsbereiche (2σ) der C/N-Massenverhältnisse und δ13Corg für jede Zone berechnet (Abb. 4, S5 und ergänzende Daten 2), um zu bestimmen, ob die Werte statistisch ähnliche oder unterschiedliche Seebedingungen in jeder Zone widerspiegeln Zone. Alle Zonendurchschnitte werden mit Standardabweichungswerten angegeben.

Zur n-Alkan-Quantifizierung wurden 38 Proben in 2-cm-Intervallen von 13 cm bis 310 cm Kerntiefe gesammelt. Gefriergetrocknete und homogenisierte Proben (2,05–8,95 g) wurden mit einem beschleunigten Lösungsmittelextraktor (ASE) mit 9:1 (v:v) Dichlormethan:Methanol (DCM:MeOH) extrahiert. Der Gesamtlipidextrakt (TLE) wurde dann unter Verwendung einer Säule mit deaktiviertem Aluminiumoxid abgetrennt, um die apolare Fraktion, die die n-Alkane enthielt, unter Verwendung einer 9:1-Hexan:DCM-Lösung zu isolieren, und unter Verwendung einer mit Ag+ imprägnierten Silicagel-Säulenchromatographie und Hexan-Eluierungsmittel gereinigt, um die gesättigte Fraktion zu isolieren Kohlenwasserstoffe. Die Proben wurden mit 50 ng/μL 5α-Androstan-Standard versetzt und mithilfe eines Thermo Trace Ultra ISQ-Gaschromatographen (GC) mit einem Massenspektrometer (MS) und einem Flammenionisationsdetektor (FID) analysiert, um die n-Alkane zu identifizieren bzw. zu quantifizieren . Die Proben wurden bei 300 °C mit einer 30 m langen Quarzglassäule (DB-5, 0,25 mm Innendurchmesser, 0,25 µm Filmdicke) unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas injiziert. Nach einer einminütigen Haltezeit bei 80 °C wurde die Temperatur des GC-Ofens mit einer Geschwindigkeit von 13 °C/min auf 320 °C erhöht, mit einer abschließenden Haltezeit von 20 Minuten. Die n-Alkane wurden anhand der Retentionszeiten einer Standard-n-Alkanmischung und durch einen Vergleich der Fragmentierungsmuster in einer MS-Bibliothek identifiziert. Die Quantifizierung der n-Alkane wurde durch Vergleich der Integration der GC-FID-Probenpeaks mit dem Standard ermittelt. Die Gesamthäufigkeit der n-Alkane wird als summierte absolute Konzentration von C16 bis C35 im Verhältnis zum Trockensedimentgewicht (μg/g Trockensediment) ausgedrückt. Verbindungsspezifische kohlenstoffstabile Isotope für ausgewählte n-Alkane (C23–C35) wurden durch GC-Verbrennung (C)-IRMS bestimmt. GC-C-IRMS-Analysen wurden mit einem Trace 1310 GC durchgeführt, der über einen Thermo GC-Isolink an ein Finnigan Delta V Plus IRMS an der McGill University gekoppelt war. Die Proben wurden bei 300 °C mit einer 60 m langen Quarzglassäule (Thermo TR-5, 0,25 mm Innendurchmesser, 0,25 µm Filmdicke) unter Verwendung von Helium als Trägergas injiziert. Wir verwendeten ein Ofenprogramm mit einer isothermen Temperatur von 60 °C (1 Minute), einem Anstieg auf 320 °C mit 5 °C/Minute und einer isothermen Temperatur von 320 °C (10 Minuten). Die Kohlenstoffisotopenwerte der Proben werden in Delta-Notation relativ zum Standard-VPDB angegeben. Die n-Alkan-Kohlenstoffisotopenverhältnisse wurden mithilfe einer linearen Kalibrierung primärer n-Alkan-Referenzmaterialien (Mix A6, Arndt Schimmelmann, Indiana University) auf die VPDB-Skala normalisiert und am Anfang, in der Mitte und am Ende jeder Sequenz mit einem Gesamtergebnis analysiert Genauigkeit von 0,35‰. Genauigkeit und Präzision wurden auch durch Messungen eines internen Laborstandards überwacht, der aus Extrakten von Ahornblättern hergestellt und nach jeder dritten Probe analysiert wurde. Die Standardabweichung des Laborstandards (n = 28) betrug über die Dauer der Analyse 0,4‰. Die Standardfehler der Proben wurden mit der für δ 13C-Messungen68 angepassten Methode berechnet, die die Reproduzierbarkeit der Proben und Fehler bei der Normalisierung der VPDB-Skala berücksichtigt und zwischen 0,22 und 0,26 ‰ lag. Alle Zonendurchschnitte werden mit Standardabweichungswerten angegeben.

Zur Quantifizierung von fäkalem Stanol/Sterol wurden 59 Proben entlang der Länge des 515 cm langen Kerns entnommen. Die Proben wurden unter Verwendung des zuvor berichteten Protokolls von Ref. analysiert. 39. Zusammenfassend wurden die Proben gefriergetrocknet, homogenisiert und gewogen. Anschließend wurden Sedimentproben in PTFE-Röhrchen gegeben und mit einem CEM MARS 6 Mikrowellenextraktor, der 20 Minuten lang auf 80 °C erhitzt wurde, mit 10 ml einer 9:1 DCM:MeOH-Lösung extrahiert. Der Inhalt der PTFE-Röhrchen wurde dann in Zentrifugenfläschchen überführt und zentrifugiert, um den TLE zu erhalten. Als nächstes wurde jeder TLE durch eine Chromatographiesäule laufen gelassen, die 5 cm Natriumsulfat enthielt, um Wasser zu entfernen. Das TLE wurde dann mit KOH verseift und die neutrale Fraktion, die Sterole enthielt, wurde dreimal mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion mit 10 ml einer 2:1 Hexan:Dichlormethan-Lösung extrahiert. Die neutrale Fraktion wurde dann vollständig eingedampft und mit jeweils 200 µL BSTFA (Bis-trimethylsilyltrifluoracetamid) und Pyridin derivatisiert, um den Wasserstoff durch die weniger austauschbare Trimethylsilylgruppe (TMS) zu ersetzen. Die neutrale (Sterol-)Fraktion wurde mittels Gaschromatographie mit einem Flammenionisationsdetektor (GC-FID) mit einer TRACE TR-5 GC-Säule (60 m × 0,25 mm) nacheinander mit bekannten Standards für Cholestanol, Cholesterin, Stigmastanol, Coprostanol, und Epicoprostanol (Sigma-Aldrich), um die Verbindungen im Vergleich zu den Standards mittels Peakintegration zu quantifizieren. Für jede Quantifizierung wurde ein Standardprobenvolumen injiziert (1 µL). Ein Satz von zehn repräsentativen Proben wurde mit einem Agilent 7890B GC mit einem Agilent 5977B MSD (DB-5MS 25 m × 200 µm × 0,33 µm) an der Concordia University analysiert, um die Identifizierung der Verbindung zu bestätigen. Die Stanol-/Sterolkonzentrationen im Stuhl umfassen alle Isomere der Verbindungen und werden als absolute Konzentrationen relativ zum Trockensedimentgewicht (μg/g Trockensediment) ausgedrückt und auf den TOC (μg/g OC) normiert. Zur Interpretation der Stanol-/Sterol-Häufigkeiten konzentrieren wir uns auf Konzentrationen, die auf TOC normiert sind, um die Auswirkungen der Mineralverdünnung sowie die möglichen Auswirkungen der Ablagerung und Konservierung organischer Stoffe auf die Stanol-/Sterol-Konzentrationen zu berücksichtigen69,70. Wir geben die Summe von Epicoprostanol und Coprostanol an (nach Lit. 71 und Lit. 39), da es aufgrund ihrer überlappenden Retentionszeiten nicht möglich war, diese Moleküle konsistent aufzulösen. Epicoprostanol ist ein Umwandlungsprodukt von Coprostanol in der Umwelt72, und daher stellt ihre summierte Konzentration den Nettoeintrag von Coprostanol in Seesedimente dar. Alle Zonendurchschnitte werden mit Standardabweichungswerten angegeben.

Die Kohleanalysen wurden nach dem unten beschriebenen makroskopischen Siebverfahren der National Lacustrine Core Facility (LacCore) an der University of Minnesota durchgeführt. Für die Analysen wurde etwa 1 cm3 der Nassprobe aus 2-cm-Kerntiefenintervallen in MWI-Sedimenten und 1-cm-Kerntiefenintervallen aus Tiefen von 50 bis 313 cm entnommen. Die Proben wurden zunächst mit ca. 25 ml Wasserstoffperoxid (6 %) behandelt, mit Aluminiumfolie abgedeckt und 24 Stunden lang auf ca. 50 °C erhitzt, um organisches Material zu oxidieren. Anschließend wurde jede Probe vorsichtig über ein 125-μm-Sieb gewaschen und die zurückgehaltene Fraktion in einer 100 mm × 15 mm großen Polystyrol-Petrischale gesammelt. Holzkohlepartikel >125 μm stammen wahrscheinlich eher von lokalen als von entfernten Bränden und repräsentieren somit die Brandgeschichte in unmittelbarer Nähe des Kernstandorts73. Als nächstes wurden ca. 15 ml Wasserstoffperoxid (6 %) in die Petrischale gegeben und die Probe mit Aluminiumfolie abgedeckt und 24–72 Stunden bei ca. 50 °C trocknen gelassen. Nach dem Trocknen wurden makroskopische Kohlepartikel unter einem Leica S9i-Mikroskop bei 25-facher Vergrößerung gezählt. Alle Zonendurchschnitte werden mit Standardabweichungswerten angegeben.

Daten zur Replikation der Ergebnisse dieser Studie sind als ergänzende Dateien verfügbar. Alle geochemischen Daten und Radiokarbondaten wurden in das NCEI NOAA-Repository74 hochgeladen und sind unter https://www.ncei.noaa.gov/access/paleo-search/study/37383 zu finden.

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Diese Arbeit wurde teilweise vom NSF/GSA (National Science Foundation/Geological Society of America) Graduate Student Geoscience Grant # 13171-21 unterstützt, der durch den NSF Award # 1949901 finanziert wird. Diese Forschung wurde teilweise auch von einer Society for Sedimentary Geology unterstützt ( SEPM) Student Research Grant, den Dr. Alfred Spreng Graduate Research Award (Missouri University of Science and Technology) und ein NSF-EAR Postdoctoral Research Fellowship an WGP. Wir danken Evelyn Chan für die Organisation des Baus der Kernbohrplattform in Petén und dem guatemaltekischen Instituto de Antropología e Historia (IDEAH) für die Erlaubnis zum Export der Kerne. Wir danken auch Defensores de la Naturaleza und dem Consejo Nacional de Áreas Protegidas (CONAP) für die Bereitstellung von Personal zur Unterstützung bei der Kernbohrung. Wir danken außerdem E. Duarte für die Unterstützung bei der Alterstiefenmodellierung und der Holzkohleanalyse, P. Cho für die Unterstützung bei der n-Alkan-Quantifizierung, TH Bui für die Unterstützung bei n-Alkan-δ13C-Messungen und A. Hoffmann für die allgemeine Laborunterstützung. Wir danken auch M. Brenner für aufschlussreiche Diskussionen und für seine sorgfältige Durchsicht einer früheren Version dieses Manuskripts, und wir danken J. Maurer, D. Wronkiewicz und D. Borrok für aufschlussreiche Diskussionen.

Abteilung für Geowissenschaften und Geologie und Erdöltechnik, Missouri University of Science and Technology, Rolla, MO, 65409, USA

Brooke A. Birkett und Jonathan Obrist-Farner

Abteilung für Anthropologie (emeritiert), Southern Illinois University Carbondale, Carbondale, IL, 62901, USA

Prudence M. Rice

Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften und Geotop-Forschungszentrum, McGill University, Montreal, QC, H3A 0E8, Kanada

Wesley G. Parker, Peter MJ Douglas und Benjamin Keenan

Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen und Geowissenschaften, University of Notre Dame, Notre Dame, IN, 46556, USA

Melissa A. Berke und Audrey K. Taylor

Department of Geological Sciences, University of Florida, Gainesville, FL, 32611, USA

Jason H. Curtis

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BAB, JO-F. und PMR haben diese Studie konzipiert. BAB, WGP, PMJD, MAB, AKT, JHC und BK halfen bei der geochemischen Analyse. Der ursprüngliche Entwurf wurde von BAB und JOFPMR erstellt, PMJD, MAB und JHC trugen zur Durchsicht und Bearbeitung des Manuskripts bei.

Korrespondenz mit Jonathan Obrist-Farner.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Communications Earth & Environment dankt den anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Hauptredakteure: Olga Churakova und Joe Aslin. Peer-Reviewer-Berichte sind verfügbar.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Birkett, BA, Obrist-Farner, J., Rice, PM et al. Vorklassische Umweltzerstörung des Petén-Itzá-Sees in Guatemala durch die frühen Maya von Nixtun-Ch'ich'. Commun Earth Environ 4, 59 (2023). https://doi.org/10.1038/s43247-023-00726-4

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Eingegangen: 24. Juni 2022

Angenommen: 22. Februar 2023

Veröffentlicht: 04. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-023-00726-4

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